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[導(dǎo)讀]摘 要:隨著第三代I/O技術(shù)的出現(xiàn),人們開始步入高速傳輸?shù)臅r代。在使用PCI Express、SATA等高速串行總線時,如何保持信號的完整性是一個挑戰(zhàn)。本文結(jié)合實例,介紹信號完整性驗證的基礎(chǔ)知識和方法。 關(guān)鍵詞:信號完整

摘 要:隨著第三代I/O技術(shù)的出現(xiàn),人們開始步入高速傳輸?shù)臅r代。在使用PCI Express、SATA等高速串行總線時,如何保持信號的完整性是一個挑戰(zhàn)。本文結(jié)合實例,介紹信號完整性驗證的基礎(chǔ)知識和方法。
關(guān)鍵詞:信號完整性;眼圖;測試

---一般來講,電子產(chǎn)品的設(shè)計都離不開以下幾個部分:電源、時鐘、復(fù)位信號、總線和接口,正是這些各個部分的信號連接著整個系統(tǒng),也是決定系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要角色之一。系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設(shè)計質(zhì)量的好壞,從信號本身的角度可以看出絲許端倪,其實這也就是信號完整性研究的內(nèi)容。
---隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,設(shè)計工程師會越來越多地面臨著高速信號的設(shè)計處理的問題,高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的發(fā)展,也給測試帶來了新的挑戰(zhàn)。
---

第三代I/O技術(shù)PCI Express,使人們可以突破以往PCI帶寬較窄的瓶頸限制,從而更加靈活地設(shè)計的自己高性能系統(tǒng)。對于PCI Express的測試,PCISIG已經(jīng)有詳細(xì)的測試方法了,但是實際系統(tǒng)千差萬別,PCISIG也不可能一一規(guī)定得清清楚楚,所以這就需要對各個總線規(guī)格的技術(shù)特征要有深入的了解,確定到底那條才是符合實際系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。不只是PCI Express,光纖通道(Fiber Channel)、Infiniband、千兆以太網(wǎng)、1394b、USB等信號的測量也有同樣的問題。
---對于任何總線或是信號的測試,首先要對其所用的技術(shù)規(guī)格非常熟悉,一個經(jīng)驗豐富的工程師只需要看技術(shù)規(guī)范,就能大致找到測試方法,當(dāng)然有的時候需要配置完備的儀器才行。
---首先來看眼圖的測量,要測試眼圖就得先找到規(guī)定的眼圖的模板,也就是Eye Mask。各個技術(shù)規(guī)格都會有明確的規(guī)定,工程師可以從技術(shù)規(guī)范中找出眼圖模板的規(guī)格,在測試儀器上(如示波器)按照規(guī)格進(jìn)行編輯眼圖模板,圖1是光纖通道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不同的點對應(yīng)的不同的眼圖模板。一般來說,儀器廠家都會有已經(jīng)做好的模板文件,只需調(diào)用就行了,當(dāng)然工程師一定要去對照標(biāo)準(zhǔn)檢查一下,儀器廠商有時候提供的也不一定是正確的,會浪費用戶的很多時間。至于接下來的測試就簡單了,只需要把測試信號接到儀器上就行了,或是直接點到測試點上,或是通過專用的測試夾具,或是通過輸出的接口等。
---現(xiàn)在的高速串行總線采用8B/10B編碼已是潮流,還有預(yù)加重(Pre-emphasis),去加重(Deemphasis),嵌入式時鐘等都是比較重要的概念。
---在測試的過程中,怎么樣抓取所需要的信號是個關(guān)鍵,比如PCI Express、光纖通道等測試就顯得很簡單,它會自動發(fā)出一連串的Compliance pattern供測試用。但是對于以太網(wǎng)、1394等,就沒有那么簡單了,這需要各個芯片廠商的支持才行,用戶需要從芯片廠商那里獲取如何開啟芯片的寄存器,使芯片進(jìn)入所謂的測試模式(test mode),發(fā)出想要的圖案(pattern)或是數(shù)據(jù)包(package),這樣就能抓取想要的信號,從而驗證它的品質(zhì)了。
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說到抓取信號,當(dāng)然離不開儀器探頭之類的東西了,但是對于不同技術(shù)規(guī)格的信號,應(yīng)該有不同的選擇要求,如帶寬、上升時間、靈敏度、采樣率等,這些可以跟儀器廠商聯(lián)系,他們會有一些解決方案,但是這些基本的東西需要用戶自己掌握,因為很多測試儀器的價格可是不菲的。
---當(dāng)工程師抓取到信號時,就可以測試了?,F(xiàn)在很多儀器廠商會提供一些傻瓜式應(yīng)用程序,只需用戶單擊一下run或是start,就可以幫用戶完成大部分測試,并且還會自動生成報告。但工程師也不能過分依賴儀器廠商,一來這些應(yīng)用軟件很多時候并不是免費的,而且還價格昂貴,二來儀器廠商也不是萬能的,有的時候,有的參數(shù)還得靠自己一個一個去測量,其實這才是體現(xiàn)工程師價值的時候。下面就以光纖通道信號的測試作為實例簡單介紹一下。
---測量信號為Fibre Channel(FC),信號的速率為2.125Gbps。根據(jù)信號速率,選擇了一臺7GHz帶寬,20GSPS采樣速率的實時示波器Tektronix TDS7704B。探頭為為5GHz帶寬的差分探頭P7350,注意,示波器里面必須具有CDR(clock distract recovery)模塊,因為這些高速串行總線的時鐘都是嵌入在數(shù)據(jù)中,所以需要CDR去從數(shù)據(jù)中恢復(fù)出時鐘信號,這樣才能去采樣信號。還有一個就是實時串行數(shù)據(jù)分析軟件,如泰克的RT-eye軟件。

目前這個軟件可以完成光纖通道信號大部分的測試項目,如眼圖、抖動、上升時間、下降時間、eye height、eye width、Jitter@BER、Dj、Rj、eye opening@BER、速率、UI,還可以畫浴盆曲線、統(tǒng)計圖、直方圖等。圖2為實際2.125GHz光纖通道信號的測試結(jié)果,圖3是2.5GHz的PCI Express總線信號的測試結(jié)果。
---在這里要提醒的是以下幾點,一是圖案長度的設(shè)置,二是圖案類型的選擇,三是鎖相環(huán)濾波器帶寬的選擇,四是BER要求的數(shù)據(jù)量。

參考文獻(xiàn)
1 PCI Express Base Specification Revision 1.0a. PCISIG. April 15. 2003
2 FIBRE CHANNEL PHYSICAL INTERFACES (FC-PI-2). NCITS working draft. July 11.2003
3 InfiniBand Architecture Specification Volume 1. Release 1.2. Sept. 2004

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